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抵抗器の基礎の基礎4

Q13. 電流検出用低抵抗器でどのように電流値を検出するのですか?
A13. 抵抗器に電流を流すとオームの法則により抵抗器の両端には電圧が発生します. この電圧値を抵抗値で割れば,その抵抗器に流れる電流値を知ることができます. 抵抗器で電流を検出する場合には電流値を直接測るのではなく,抵抗器に流れた電流による電圧降下を測定して,抵抗器に流れている電流値を検出しているのです.
電流を流したときの電圧降下を大きくすると,抵抗器での消費電力が大きくなります.特に大電流を検出する場合には抵抗器の消費電力が大きくなめために過大な発熱が問題となります. そのため,できる限り小さな抵抗値を使用して検出しますが,電圧降下の値が小さい場合には,差動増幅回路で検出電圧を増幅して使用します. 抵抗器による電流検出
図11 抵抗器による電流検出

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Q14. 電流検出用低抵抗器が使用される用途を教えてください
A14. 電気回路において電流を検出したい用途は,
■過電流保護
■電流制御
■電源マネージメント

の3つに分けることができます.
■過電流検出:回路の故障や過負荷状態などによって通常よりも過大な電流が流れた場合に,安全のために回路動作を止める必要があります.ある値以上の電流が流れた場合に異常と判断するために電流を検出します.
■電流制御:三相モータはモータを回転させるために,各相に流す電流の位相や時間などを正しく制御する必要があります.そのため,各相に流れている電流を検出して制御回路へフィードバックしています.
■電流管理:二次電池で動作する携帯機器は,二次電池に流れる電流や電圧を検知することによって,二次電池の残量を知ったり,より長時間使用ができるように最適な回路動作の制御を行なっています.電源の管理をするために電流値を常に監視しています.
表4 電流検出用低抵抗器が使用される用途
動作例使用例
過電流検出 回路の故障などにより回路に過大な電流が流れた場合,安全のために回路動作を止める. ・電源回路の過電流保護
・二次電池の過放電・過充電保護
・モータの過電流保護
電流制御 回路に流す電流値,時間,位相などを制御するために,流れている電流を検出して制御回路にフィードバックをする. ・DC‐DCコンバータ
・インバータ電源
・交流モータの電流制御
電流管理 携帯機器などの二次電池の充放電電流値をリアルタイムに検出することにより,二次電池の残量検知や電源回路の最適動作を行なう. ・ノートPCや携帯電話などの二次電池駆動機器の電流管理
・ハイブリッド自動車の二次電池の電流管理

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Q15. 電流検出用低抵抗器にはどんな種類がありますか?
A15. 一般的には電流が流れたときの電圧降下が50mV~数百mVになるような抵抗値を使用します. したがって,電流検出用低抵抗器は数Ω以下の非常に小さな抵抗値のものが使用されます. 検出したい電流値によって使用する抵抗器の種類も決まってきます.
図12に面実装タイプの電流検出用低抵抗器の種類と抵抗値範囲を示します. 数十Aのような大電流を検出するには,数mΩの非常に小さな抵抗値が必要になるので,小さな抵抗値が得意な金属板タイプや金属箔タイプの低抵抗器がよく用いられます.
また,小さな電流を検出する場合には,数百mΩ~数Ωの比較的大きな抵抗値で検出するので,金属皮膜タイプや厚膜タイプの低抵抗器が使用されます.

電流検出用低抵抗器のラインアップはこちら

面実装タイプ電流検出用低抵抗器の種類と抵抗値範囲
図15-1 面実装タイプ電流検出用低抵抗器の種類と抵抗値範囲

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Q16. 大電流を低抵抗器で検出するときの注意点を教えてください.
A16. 大電流を検出する低抵抗器は数mΩの非常に小さな抵抗値を使用するため,正確に電流を検出するには
■電圧検出用パターンの引き出し方
■低抵抗器のインダクタンス

に注意が必要です.
■電圧検出用パターンの引き出し方
抵抗器に電流を流したときの電圧降下を検出するために,抵抗器の両端から電圧検出用のパターンを引く必要があります.
理想的なパターンは,図13のように抵抗器の電極ランドの内側中心部から引き出します.回路基板の銅箔パターンも小さな抵抗値を持つため,その銅箔パターンの抵抗値による電圧降下の影響を受けないようにする必要があります.
電極ランドの横から電圧検出パターンを引き出すと,低抵抗器の抵抗値に銅箔パターンの抵抗値を加えた電圧降下を検出することになり,正確な電流検出ができなくなります. 電圧検出用パターンの引き出し方

図16-1 電圧検出用パターンの引き出し方

■低抵抗器のインダクタンス
Q11の抵抗器の周波数特性で説明しましたように,抵抗値が小さい場合には抵抗器のインダクタンス成分の影響を受けます.直流電流の場合には影響はないですが,のこぎり波のような周波数の高い交流電流の場合には正確な検出ができなくなります.
図14のように交流電流が流れた場合の抵抗器の電圧降下は,抵抗値による電圧降下の値とインダクタンス値による電圧降下の値の合計になります.
よって,大電流の検出にはできる限りインダクタンス値の小さな低抵抗器を使用する必要があります. 低抵抗器のインダクタンスの影響

図16-2 低抵抗器のインダクタンスの影響

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Q17. 4端子の電流検出用低抵抗器の特徴は何ですか?
A17. 電流検出用低抵抗器には4端子タイプのものがあり,電圧を検出するための電圧検出端子と電流を流すための電流端子を持つ,4端子構造をした電流検出用低抵抗器です.図15に4端子タイプの電流検出用低抵抗器の例を示します.4端子の利点は,電圧検出端子を持っているので,Q16で説明した電圧検出用のパターン引き出しによる検出値の誤差が発生しなくなり,より正確に電流検出することができます.
欠点としては,電流を検出するための抵抗の他に,構造上電圧検出端子と電流端子の間にも抵抗ができてしまうので,2端子構造に比べて全体の抵抗値が大きくなります.そのため2端子構造に比べると,同じ電流を流した場合の消費電力が大きくなり,抵抗器の発熱も大きくなります. 大電流を検出する数mΩの抵抗値の場合には,この電圧検出端子と電流端子間の抵抗の影響が大きくなるので,無駄な電力を消費させる割合が大きくなります. 4端子タイプの電流検出用低抵抗器

図17-1 4端子タイプの電流検出用低抵抗器
 4端子抵抗器の製品紹介はこちら

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